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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Messen von +/-100mV mit ATtiny


Autor: Jean Meyer (Gast)
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Hi,
ich müsste mit nem ATtiny Spannungen von -100 bis +100mV messen. Nun 
geht das ja leider nicht direkt. Was ich mir bisher ausgedacht habe wie 
es gehen könnte:

Operationsverstärker, am einten Eingang eine -100mV Spannung, am anderen 
das Signal das gemessen werden sollte. Gain von 5.5 - das würde dann die 
0-1.1V schön ausfüllen. Opamp würde ich mit +-5V laufen lassen, den uC 
mit den oberen 5V. Hier stellt sich mir einfach die Frage: woher krieg, 
bzw wie bastel ich ne -100mV Spannungsreferenz?

Und nun zweite Frage: Hat vielleicht jemand ne 
praxistauglichere/bessere/sonstige Idee? Die +-100mV sind auch nicht 
wirklich in Stein gemeisselt - +-80 sollte es mindestens sein, und eine 
auflösung von etwas besser als 1mV sollte es auch sein

Bin um jegliche Anregungen froh :)

Autor: Jean Meyer (Gast)
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hochschieb
niemand eine Idee?

zu den 100mV ist mir bisher eingefallen, einen LM337 zu nehmen und einen 
Spannungsteiler mit nem trimpot dranzuhängen. Aber irgendwie hoff ich 
noch darauf dass es eine elegantere Lösung gibt.

Autor: Anon Ymous (anonymous)
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Du könntest das gesamte Potential um ~700mV verschieben mit einer Diode.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Jean Meyer (Gast)

>ich müsste mit nem ATtiny Spannungen von -100 bis +100mV messen. Nun
>geht das ja leider nicht direkt. Was ich mir bisher ausgedacht habe wie
>es gehen könnte:

>mit den oberen 5V. Hier stellt sich mir einfach die Frage: woher krieg,
>bzw wie bastel ich ne -100mV Spannungsreferenz?

Lass es. Mach es gleich richtig. Das Stichwort lautet

Differenzverstärker.

Die gibt es fertig integriert oder man baut sie aus einzelnen OPVs 
zusammen, braucht dann aber recht genaue Widerstände.

MfG
Falk

Autor: Branko Golubovic (Gast)
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Differenzverstärker mit  TLC271.


Branko

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Branko Golubovic (Gast)

>Differenzverstärker mit  TLC271.

Nanana, da haperts wohl ein wenig mit dem ohmschen Gesetz? Die als 
solche markierte 1,25V sind nie und nimmer 1,25V, eher 1V. Es sei denn, 
man verringert R5 auf 2k.

MfG
Falk

Autor: Jean Meyer (Gast)
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Danke Falk, ein Differenzverstärker scheint genau das zu sein was ich 
brauche.

Nun hab ich gesehen dass der ATtiny26 einen "differential ADC" hat - ist 
das etwa genau das was ich suche, direkt in diesem uC drin? (5v Vcc als 
ADC referenz und Gain von 20x wäre genau etwa richtig)

Autor: Jean Meyer (Gast)
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Ok, der ATtiny26 scheint doch nicht direkt zu gehen - an einem Eingang 
des differentiellen ADC muss immer mehr Spannung anliegen, sonst zeigt 
er einfach 0 an.

Differenzverstärker mit Opamps... haben die am Ausgang wirklich |V2 - 
V1| oder auch nur (V2 - V1)?

Autor: Brako Golubovic (Gast)
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>Nanana, da haperts wohl ein wenig mit dem ohmschen Gesetz? Die als
>solche markierte 1,25V sind nie und nimmer 1,25V, eher 1V. Es sei denn,
>man verringert R5 auf 2k.

Das stimmt,2k ist richtig, habe ich mich vertippt.

>Differenzverstärker mit Opamps... haben die am Ausgang wirklich |V2 -
>V1| oder auch nur (V2 - V1)?

Ausgang=Offset+Gain*(V2-V1)

In die Beispielschaltung ist Offset=1,25V und Gain=11.
Wenn V1 mit Gnd verbunden ist vereinfacht sich die Formel:

Ausgang=Offset+Gain*V2

Autor: Brako Golubovic (Gast)
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>In die Beispielschaltung ist Offset=1,25V und Gain=11.

Gain ist natürlich 100k/10k, also genau 10.

Autor: Rudolph (Gast)
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Mit einem OP kommt da aber wenig Freude auf, die Widerstände bekommen 
man einfach nicht genau genug abgestimmt.

Ein Differenz-Verstärker funktioniert da besser, der Unterschied sind 
die exakt abgeglichenen Widerständen in dem Ding.

Sowas vielleicht:

http://www.analog.com/en/prod/0,,759_782_AD628,00.html

Autor: Ralf Görlach (Gast)
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@Brako

>Gain ist natürlich 100k/10k, also genau 10.

Müsste es nicht heißen Gain: (R3+R4)/R3 = 110k/10k, also 11.
Ua= 1,25V +/- 1,0V

Autor: Ralf Görlach (Gast)
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Ich habe mich warscheinlich schlecht ausgedrückt:

Gain der Gesamtschaltung ist 10.

Ua ist daher 1,25V +/- 1,0V, weil

Uopv+=1,25V-Uin*(R1/(R1+R2))+Uin
Uout=(Uopv-)*(R3+R4)/R3
außerdem gilt: (Uopv+) = (Uopv-), R2=R4, R1=R3
alles ineinander eingesetzt, ergibt Uout=1,25V+Uin*(R2/R1)

Autor: yalu (Gast)
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Es geht auch mit nur zwei externen Bauteilen (s. Anhang).

Für UB = 5V und UE = ±0,1V:

- R1/R2 = 50 oder etwas weniger wählen, also bspw. R1 = 47k und R2 = 1k

- Gain 20x einstellen

- Als Referenzspannung AVCC nehmen

Damit werden etwa 80% des Wertebereichs des ADC genutzt.

Leider muss man bei dieser Lösung einen zweiten ADC-Eingang opfern, da
die 20fache Verstärkung nur bei differenzieller Messung möglich ist.

Alternativ könnte man einen einzelnen Eingang verwenden und an Stelle
der Verstärkung an AREF ca. 0,2V anlegen, was aber außerhalb der
Spezifikation des Datenblatts liegt und deswegen möglicherweise nicht
oder nur unzuverlässig funktioniert.

Autor: Anon Ymous (anonymous)
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Funktioniert der differentielle Verstärker denn, wenn ein pin auf GND 
ist? Ich dachte, an beiden pins müsste potential anliegen

Autor: yalu (Gast)
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Auch GND ist ein Potential, eben 0V.

Autor: Jean Meyer (Gast)
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Hab von jemand anderem nen tipp bekommen wie sich das ziemlich elegant 
lösen  lässt: einfach den uC mit +-2.5V laufen lassen. Et voila, nun 
kann er problemlos 0V +- 100mV lesen. Mit Gain von 20x (der einte 
Eingang des differenziellen ADC auf -2.5V legen) ergibt das ein 
Messbereich von +-125mV, und die Auflösung ist ein bisschen besser als 
1mV

Danke für die ganzen Vorschläge - lehrreich war es auf jeden Fall :)

Autor: Karl (Gast)
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Ohne dir zu nahe treten zu wollen: Liest du ab und zu, was du schreibst? 
Oben beklagst du dich noch, dass du keine -100 mV erzugen kannst, aber 
die -2.5 V sind plötzlich "einfach"? Viel Spaß beim Integrieren in die 
vllt. vorhandene restliche Schaltung. Die Lösung von yalu ist doch top!

Autor: Jean Meyer (Gast)
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Meine eigenen Sachen lese ich schon, aber die der anderen scheine ich zu 
übersehen...

Die Lösung von yalu sieht wirklich sehr interessant aus - aber irgendwie 
kapituliert mein Volksschulelektronikwissen davor :)

Könnte mir jemand ein bisschen auf die Sprünge helfen? Ub und Ue sollten 
beide einen kleinen Spannungsabfall haben. Aber irgendwie wenn ich das 
anschaue siehts für mich aus als ob am Schluss Ub-Ue rauskommt.

Autor: Karl (Gast)
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Das ergibt dann mit der Dimensionierung von yalu Werte zwischen 0,0062 
und 0,2021 V. Mal 20 macht pi mal Daumen 0-4 V. Ist doch gut, wie ich 
finde...

Autor: Jean Meyer (Gast)
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Vielen Dank yalu für die Idee und Karl für die passenden Formeln!
Das spart mir nen LM337, und den LM317 kann ich durch nen 7805 o.ä. 
ersetzen, plus noch ein Haufen Widerstände weniger.

Hat dieser Aufbau eigentlich einen spezielle Bezeichnung?

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